水下滑翔機(jī)(Autonomous underwater glider,AUG)是一種新型的水下航行器,其廣泛應(yīng)用于海洋探測與觀測領(lǐng)域。然而隨著海洋研究深度和廣度的不斷擴(kuò)大,人們對海洋設(shè)備的下潛深度和續(xù)航能力提出了更高的要求,長航程水下滑翔機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。長航程水下滑翔機(jī)的關(guān)鍵在于,在采用大容量電池的同時,節(jié)能降耗。而減小滑翔機(jī)阻力是實現(xiàn)其節(jié)能降耗的重要途徑。為此,本文對水下滑翔機(jī)減阻技術(shù)進(jìn)行了研究,以期為提高水下滑翔機(jī)航程提供技術(shù)基礎(chǔ)。首先,介紹了水下航行器的減阻技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀。利用計算流體動力學(xué)(CFD)方法分析了滑翔機(jī)不同速度和不同攻角下的水阻力,指出了目前水下滑翔機(jī)整體水阻力系數(shù)偏大,摩擦阻力為主,壓差阻力明顯的特征。根據(jù)其壓力分布、速度流場、湍流動能和表面剪切應(yīng)力給出了針對滑翔機(jī)不同局部需要采取不同減阻技術(shù)的結(jié)論。本文將阻力、阻力系數(shù)和減阻率作為滑翔機(jī)減阻效果的評價指標(biāo)。其次,研究了水下滑翔機(jī)水動外形減阻、溝槽減阻和超疏水減阻技術(shù)。在外形減阻方面,對不同長徑比、不同線型和同一線型不同參數(shù)的模型進(jìn)行仿真分析,確定了使用前后導(dǎo)流罩長徑比均為1.875,整體長徑比為10.825,頭部參數(shù)為2,尾部半包角參數(shù)為25°的Myring曲線作為長航程水下滑翔機(jī)的外形曲線,可以實現(xiàn)6.5%的減阻效果。在溝槽減阻方面,通過仿真分析比較了半圓形、矩形和對稱“V”形三種不同形狀溝槽的減阻效果;研究了對稱“V”形溝槽特征尺寸h~+和s~+、溝槽頂部角度和溝槽布置方向?qū)ζ錅p阻效果的作用規(guī)律。確定了在長航程水下滑翔機(jī)機(jī)翼上布置深度為0.487 mm,寬度為0.709 mm,頂部角度為70°,溝槽布置方向與來流方向夾角40°的對稱“V”形溝槽,經(jīng)仿真分析可以實現(xiàn)2%的減阻效果。在超疏水減阻方面,有兩種方法可以實現(xiàn)。經(jīng)過滑翔機(jī)水池拖拽試驗,證明了疏水涂層漆具有4%~9%的減阻效果,但漆料涂敷不穩(wěn)定容易脫落。經(jīng)過仿真證明,鍍層超疏水表面在滑翔機(jī)上可以實現(xiàn)7%~9%的減阻效果;經(jīng)試樣耐壓、耐溫鹽和耐時性測試,證明其穩(wěn)定性良好。通過落體試驗求得試樣阻力系數(shù),對比通過設(shè)置滑移速度進(jìn)行仿真求得的阻力系數(shù)誤差為3%~5%,故上述對滑翔機(jī)超疏水表面仿真結(jié)果有效。最后綜合三種減阻技術(shù),提出一種最優(yōu)的可靠的長航程水下滑翔機(jī)綜合減阻方法,即長航程水下滑翔機(jī)整機(jī)采用限定條件下的最佳Myring型外形減阻,平板機(jī)翼采用溝槽減阻,鋁合金耐壓艙采用超疏水鍍層減阻,經(jīng)仿真其最終可以實現(xiàn)整體13.1%的減阻效果。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.941
【部分圖文】：

(a) (b)圖 1-1 SLOCUM 水下滑翔機(jī)（a）溫差能 SLOCUM 滑翔機(jī)；（b）電能 SLOCUM 滑翔機(jī)igure 1-1 SLOCUM glider (a) Thermal Glider and (b) Electric Gli

圖 1-3 Spray 水下滑翔機(jī)Figure 1-3 Spray Glider圖 1-2 Seaglider 水下滑翔機(jī)Figure 1-2 Seaglider

圖 1-3 Spray 水下滑翔機(jī)Figure 1-3 Spray Glider圖 1-2 Seaglider 水下滑翔機(jī)Figure 1-2 Seaglider

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2818019